光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法及系统

摘要

本发明公开一种光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法及系统。方法包括：获取测量储能端直流电压和下垂系数；根据直流电压，计算直流电压变化率；判断直流电压变化率是否超过设定阈值，得到判断结果；若未超过设定阈值，则对储能端采用线性变化的可变惯性控制策略；获取线性下垂系数；计算线性惯性作用数；根据线性惯性作用数和线性下垂系数，确定线性虚拟电容量；若超过设定阈值，则对储能端采用指数变化的可变惯性控制策略；根据下垂系数，确定指数惯性作用数；获取指数下垂系数；根据指数下垂系数和指数惯性作用数，确定指数虚拟电容量。本发明的方法或系统能够在直流微网受扰动时确定该控制所提供的惯性大小，分析直流微网惯性性能。

说明书

技术领域

本发明涉及光储直流微网控制方法分析领域，特别是涉及一种光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法及系统。

背景技术

直流微网系统因其损耗小、电源之间易于调控以及能够充分发挥风电、光伏等分布式电源的作用等优点成为电网技术中的热点研究方向。在直流微网中，功率保持平衡，直流母线电压才能稳定，直流微网得以稳定运行。

但由于直流微网中各端变流器不具备类似交流系统中发电机的机械惯量，从而直流微网的惯性较低，直流母线电压易受到分布式电源间歇性及负荷投切等影响而发生波动。且各端变流器直流侧电容由于尺寸和容值有限，其存储能量远小于交流电网中发电机的旋转动能，这也造成直流微网惯性较低。直流微网系统惯性大小由直流侧电容容值体现，其决定直流电压抗干扰能力的强弱，当存在负荷突增等扰动时，由于直流微网惯性较小，直流电压容易出现波动甚至振荡，导致系统无法安全运行甚至崩溃。

发明内容

本发明的目的是提供一种光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法及系统，能够在直流微网受扰动时确定该控制所提供的惯性大小，分析直流微网惯性性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法，所述确定方法包括：

获取测量储能端直流电压和下垂系数；

根据所述直流电压，计算所述直流电压变化率；

判断所述直流电压变化率是否超过设定阈值，得到判断结果；

若所述判断结果表示所述直流电压变化率未超过设定阈值，则对所述储能端采用线性变化的可变惯性控制策略；

获取采用线性变化的可变惯性控制策略下的线性垂系数；

根据所述线性下垂系数，确定线性惯性作用数；

根据所述线性下垂系数和所述线性惯性作用数，确定线性虚拟电容量；

若所述判断结果表示所述直流电压变化率超过设定阈值，则对所述储能端采用指数变化的可变惯性控制策略；

根据所述下垂系数，确定指数惯性作用数；

获取采用指数变化的可变惯性控制策略下的指数下垂系数；

根据所述指数下垂系数和所述指数惯性作用数，确定指数虚拟电容量。

可选的，所述根据所述线性下垂系数，确定线性惯性作用数，具体包括：

将所述线性下垂系数代入公式得到下垂系数变化量；

获取采用线性变化的可变惯性控制策略下的线性直流电流；

根据所述直流电流和所述线性直流电流，确定输出电流变量；

根据所述下垂系数变化量和所述输出电流变量，确定线性惯性作用数；

其中，Δk为下垂系数变化量，k_l为线性下垂系数，为直流电压变化率，U_dc为直流电压。

可选的，所述根据所述线性下垂系数和所述线性惯性作用数，确定线性虚拟电容量，具体包括：

将所述线性下垂系数和所述线性惯性作用数代入公式中，确定线性虚拟电容量C_l；

其中，C_l为线性虚拟电容量，k_l为线性下垂系数，n_l线性惯性作用数。

可选的，所述根据所述下垂系数，确定指数惯性作用数，具体包括：

根据公式确定线性惯性作用数n_e；

其中，k₀为下垂系数，ΔI为电流变化量，du为运行点处直流电压，dI为运行点处电流的微分变量。

可选的，所述根据所述指数下垂系数和所述指数惯性作用数，确定指数虚拟电容量，具体包括：

将所述指数下垂系数和所述指数惯性作用数代入公式中，确定线性虚拟电容量C_e；

其中，C_e为线性虚拟电容量，k_e为线性下垂系数，n_e线性惯性作用数。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定系统，所述确定系统包括：

第一获取模块，用于获取测量储能端直流电压和下垂系数；

计算模块，用于根据所述直流电压，计算所述直流电压变化率；

判断模块，用于判断所述直流电压变化率是否超过设定阈值，得到判断结果；

第一判断结果模块，用于若所述判断结果表示所述直流电压变化率未超过设定阈值，则对所述储能端采用线性变化的可变惯性控制策略；

第二获取模块，用于获取采用线性变化的可变惯性控制策略下的线性垂系数；

线性惯性作用数确定模块，用于根据所述线性下垂系数，确定线性惯性作用数；

线性虚拟电容量确定模块，用于根据所述线性下垂系数和所述线性惯性作用数，确定线性虚拟电容量；

第二判断结果模块，用于若所述判断结果表示所述直流电压变化率超过设定阈值，则对所述储能端采用指数变化的可变惯性控制策略；

指数惯性作用数确定模块，用于根据所述下垂系数，确定指数惯性作用数；

第三获取模块，用于获取采用指数变化的可变惯性控制策略下的指数下垂系数；

指数虚拟电容量确定模块，用于根据所述指数下垂系数和所述指数惯性作用数，确定指数虚拟电容量。

可选的，所述线性惯性作用数确定模块，具体包括：

下垂系数变化量确定单元，用于将所述线性下垂系数代入公式得到下垂系数变化量；

获取单元，用于获取采用线性变化的可变惯性控制策略下的线性直流电流；

输出电流变量计算单元，用于根据所述直流电流和所述线性直流电流，确定输出电流变量；

线性惯性作用数确定单元，用于根据所述下垂系数变化量和所述输出电流变量，确定线性惯性作用数；

其中，Δk为下垂系数变化量，k_l为线性下垂系数，为直流电压变化率，U_dc为直流电压。

可选的，所述线性虚拟电容量确定模块，具体包括：

线性虚拟电容量确定单元，用于将所述线性下垂系数和所述线性惯性作用数代入公式中，确定线性虚拟电容量C_l；

其中，C_l为线性虚拟电容量，k_l为线性下垂系数，n_l线性惯性作用数。

可选的，所述指数惯性作用数确定模块，具体包括：

指数惯性作用数确定单元，用于根据公式确定线性惯性作用数n_e；

其中，k₀为下垂系数，ΔI为电流变化量，du为运行点处直流电压，dI为运行点处电流的微分变量。

可选的，所述指数虚拟电容量确定模块，具体包括：

指数虚拟电容量确定单元，用于将所述指数下垂系数和所述指数惯性作用数代入公式中，确定线性虚拟电容量C_e；

其中，C_e为线性虚拟电容量，k_e为线性下垂系数，n_e线性惯性作用数。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法，通过对光储直流微网变惯性控制引入线性变化的可变惯性控制和指数变化的可变惯性控制，能够得出在不同的控制策略下的虚拟电容，对直流微网惯性性能的分析奠定了理论基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例蓄电池端变流器的虚拟惯性原理图；

图2为本发明实施例下垂特性曲线摆动示意图；

图3为本发明实施例光储直流微网变惯性控制框图；

图4为本发明实施例光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法流程图；

图5为本发明实施例光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例蓄电池端变流器的虚拟惯性原理图。如图1所示，图1中P_in、I_in为各端口变流器的输出有功功率和电流；P_out、I_out及I_c分别是注入直流系统的总功率、总电流和电容电流；P_vir、C_vir为引入的惯性功率和虚拟电容；规定有功功率和电流均以流向直流母线方向为正。当系统负荷功率增加时，P_out与负荷变化一致才能保持系统平衡，而电容受尺寸限制存储能量有限，此时依靠下垂系数变化，加快蓄电池放电速率，使蓄电池发出惯性功率P_vir，在变流器直流侧并联一个虚拟电容C_vir，从而增大了直流微网惯性。

图2为本发明实施例下垂特性曲线摆动示意图。如图2所示，原下垂系数k₀下的蓄电池发出的功率无法填补功率缺口，将下垂系数变为k₁，使下垂特性曲线摆动至虚线位置，由于直流电容电压不能突变，系统运行点由A移至B，蓄电池增发功率以保证直流电压质量，阴影部分面积即为蓄电池增发的惯性功率；

图3为本发明实施例光储直流微网变惯性控制框图。如图3所示。当直流电压电压变化率小于m_d时，s＝1，变流器工作在线性变化的可变惯性控制模式，下垂系数变为k₀+k_l*du/dt，提高蓄电池放电速率，在直流侧并联一个虚拟电容；当直流电压变化率继续变大，直至超出m_d，此时s＝2，蓄电池端变流器工作在指数变化的可变惯性控制模式，下垂系数变为k_0*e^k_e*^du/dt，下垂系数变化更快，进一步提高蓄电池放电速率并增大所并联的虚拟电容值。

图4为本发明实施例光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法流程图。如图4所示，一种光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法，所述确定方法包括：

步骤101：获取测量储能端直流电压和下垂系数；

步骤102：根据所述直流电压，计算所述直流电压变化率；

步骤103：判断所述直流电压变化率是否超过设定阈值，得到判断结果；

步骤104：若所述判断结果表示所述直流电压变化率未超过设定阈值，则对所述储能端采用线性变化的可变惯性控制策略；

步骤105：获取采用线性变化的可变惯性控制策略下的线性垂系数；

步骤106：根据所述线性下垂系数，确定线性惯性作用数；

步骤107：根据所述线性下垂系数和所述线性惯性作用数，确定线性虚拟电容量；

步骤108：若所述判断结果表示所述直流电压变化率超过设定阈值，则对所述储能端采用指数变化的可变惯性控制策略；

步骤109：根据所述下垂系数，确定指数惯性作用数；

步骤110：获取采用指数变化的可变惯性控制策略下的指数下垂系数；

步骤111：根据所述指数下垂系数和所述指数惯性作用数，确定指数虚拟电容量。

步骤106，具体包括：

将所述线性下垂系数代入公式得到下垂系数变化量；

获取采用线性变化的可变惯性控制策略下的线性直流电流；

根据所述直流电流和所述线性直流电流，确定输出电流变量；

根据所述下垂系数变化量和所述输出电流变量，确定线性惯性作用数；

其中，Δk为下垂系数变化量，k_l为线性下垂系数，为直流电压变化率，U_dc为直流电压。

步骤107，具体包括：

将所述线性下垂系数和所述线性惯性作用数代入公式中，确定线性虚拟电容量C_l；

其中，C_l为线性虚拟电容量，k_l为线性下垂系数，n_l线性惯性作用数。

步骤109，具体包括：

根据公式确定线性惯性作用数n_e；

其中，k₀为下垂系数，ΔI为电流变化量，du为运行点处直流电压，dI为运行点处电流的微分变量。

步骤111，具体包括：

将所述指数下垂系数和所述指数惯性作用数代入公式中，确定线性虚拟电容量C_e；

其中，C_e为线性虚拟电容量，k_e为线性下垂系数，n_e线性惯性作用数。

当直流电压变化率超出设定阈值时触发光储直流微网变惯性控制，所述设定阈值为设置的控制切换阈值，对储能端下垂系数进行修正，以调节下垂特性曲线摆动，具体的修正公式如下：

式中，k₀为系统稳定时的下垂系数；k_l、k_e为下垂系数线性变化和指数变化惯性控制时的电压调整系数，其值为常数；m_d为控制切换阈值。

当直流电压变化率未超出设定阈值时，触发线性变化的可变惯性控制策略，由式(1)可知：

式中，Δk为下垂系数变化量；

等式两边同时乘以U_dc，得到如下式子：

惯性功率与虚拟电容关系如下：

从而可得虚拟电容与增发电流的关系如下：

其中ΔI为施加线性模式惯性策略后，蓄电池输出电流的变量；

为分析下垂系数与虚拟电容的关系，建立下垂系数变量与电流变量的关系，对其进行如下假设：

Δk＝n_lΔI(6)

其中，n_l为下垂系数变量和电流增量的比值，称为惯性作用数；

联立式(3)及(6)得到：

对比(5)和(7)，可得到：

因此可通过改变k_l调节虚拟电容的大小，提高系统的惯性。

当直流电压变化率超出设定阈值时，触发使用指数变化的可变惯性控制策略，下垂系数选取为：

指数模式惯性策略下，电压变化量与电流变化量关系如下：

其中，dU_dc和dI分别为运行点处直流电压和电流的微分变量。

由式(9)可得到如下关系：

为方便分析虚拟电容，做出如下假设：

其中，n_e为惯性作用数。

式(10)等号两边同时乘以U_dc得到：

式(5)等号两边同时乘以n_e得到：

对比(12)、(13)可得到：

通过以上对虚拟电容的分析表明通过改变k_e可调节虚拟电容的大小，通过惯性作用数为系统提供所需惯性。

本发明提供一种光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定方法，通过对光储直流微网变惯性控制引入线性变化的可变惯性控制和指数变化的可变惯性控制，能够得出在不同的控制策略下的虚拟电容，对直流微网惯性性能的分析奠定了理论基础。

图5为本发明实施例光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定系统结构图。如图5所示，一种光储直流微网变惯性控制下虚拟电容的确定系统，所述确定系统包括：

第一获取模块201，用于获取测量储能端直流电压和下垂系数；

计算模块202，用于根据所述直流电压，计算所述直流电压变化率；

判断模块203，用于判断所述直流电压变化率是否超过设定阈值，得到判断结果；

第一判断结果模块204，用于若所述判断结果表示所述直流电压变化率未超过设定阈值，则对所述储能端采用线性变化的可变惯性控制策略；

第二获取模块205，用于获取采用线性变化的可变惯性控制策略下的线性垂系数；

线性惯性作用数确定模块206，用于根据所述线性下垂系数，确定线性惯性作用数；

线性虚拟电容量确定模块207，用于根据所述线性下垂系数和所述线性惯性作用数，确定线性虚拟电容量；

第二判断结果模块208，用于若所述判断结果表示所述直流电压变化率超过设定阈值，则对所述储能端采用指数变化的可变惯性控制策略；

指数惯性作用数确定模块209，用于根据所述下垂系数，确定指数惯性作用数；

第三获取模块210，用于获取采用指数变化的可变惯性控制策略下的指数下垂系数；

指数虚拟电容量确定模块211，用于根据所述指数下垂系数和所述指数惯性作用数，确定指数虚拟电容量。

所述线性惯性作用数确定模块206，具体包括：

下垂系数变化量确定单元，用于将所述线性下垂系数代入公式得到下垂系数变化量；

获取单元，用于获取采用线性变化的可变惯性控制策略下的线性直流电流；

输出电流变量计算单元，用于根据所述直流电流和所述线性直流电流，确定输出电流变量；

线性惯性作用数确定单元，用于根据所述下垂系数变化量和所述输出电流变量，确定线性惯性作用数；

其中，Δk为下垂系数变化量，k_l为线性下垂系数，为直流电压变化率，U_dc为直流电压。

所述线性虚拟电容量确定模块207，具体包括：

线性虚拟电容量确定单元，用于将所述线性下垂系数和所述线性惯性作用数代入公式中，确定线性虚拟电容量C_l；

其中，C_l为线性虚拟电容量，k_l为线性下垂系数，n_l线性惯性作用数。

可选的，所述指数惯性作用数确定模块，具体包括：

指数惯性作用数确定单元209，用于根据公式确定线性惯性作用数n_e；

其中，k₀为下垂系数，ΔI为电流变化量，du为运行点处直流电压，dI为运行点处电流的微分变量。

所述指数虚拟电容量确定模块211，具体包括：

指数虚拟电容量确定单元，用于将所述指数下垂系数和所述指数惯性作用数代入公式中，确定线性虚拟电容量C_e；

其中，C_e为线性虚拟电容量，k_e为线性下垂系数，n_e线性惯性作用数。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。